Au fost raportate performanțe ridicate ale bateriilor Li-S polioxometalat

Un articol recent publicat în revistă Materialele de astăzi sunt nano Discută despre dezvoltarea polioxometalaților de tip Keggin și Dawson modificați (POM) pentru a le îmbunătăți performanța bateriilor Li-S.

​​​​Starea: Adsorbția eficientă a polisulfurilor și cataliza de către polioxometalat contribuie la bateriile Li-S de înaltă performanță. Credit imagine: RESTOCK images / Shutterstock.com

Deși bateriile cu litiu-sulf (Li-S) sunt sisteme promițătoare de stocare a energiei, ele încă suferă de unele dezavantaje, inclusiv migrarea compușilor solubili de sulfură de litiu (LiPS), modificarea severă a dimensiunii și conductivitate scăzută a sulfului.

Bateriile Li-S ca sisteme de stocare a energiei

Creșterea cererii de energie necesită o tehnologie înaltă de stocare a energiei. Bateriile Li-S au o densitate mare de energie și o capacitate specifică mare ceea ce le face sisteme de stocare a energiei de mare valoare. Mai mult, eficiența costurilor și toxicitatea scăzută a sulfului elementar îl fac un material catod prietenos cu mediul, făcând bateriile Li-S un sistem de stocare a energiei de ultimă generație. Cu toate acestea, polisulfurile de litiu solubile (LiPS; Li₂s_X, x = 4-8) determină un „efect de navetă”, care duce la o eficiență coulombică mai scăzută și la o stabilitate slabă a ciclului. În acest scop, construcția stratului intermediar funcțional este esențială pentru îmbunătățirea performanței bateriei Li-S.

POM-urile sunt grupări anionice de oxid de metal care au stabilitate bună, proprietate redox și versatilitate. Prin urmare, POM-urile sunt utilizate pe scară largă în electrochimie, cataliză și sisteme de alimentare. K₃[H₃Ag^IPW₁₁O₃₉].12H₂O (Keggin substituit cu argint) servește ca un catalizator de bază și acid Lewis pentru bateria Li-S. Ionii de argint (Ag(I)) din Keggin substituiți cu argint sunt utilizați ca centre de acid Lewis pentru a întări legătura firelor de sulf (S).

(NH₄)₆a cincea₁₀A₂₈ Grupările (NVO) imobilizează LiPS prin atragerea atomilor de oxigen (O) ai NVO prin cationi Li din LiPS sau prin reacția atomilor de vanadiu ai NVO cu anionii de sulf ai LiPS. Cu toate acestea, aplicarea POM-urilor ca strat interior al bateriei Li-S pentru inhibarea navetei este rareori raportată, iar mecanismul care stă la baza inhibiției rămâne neclar.

Straturi intermediare de baterii Li-S

În acest studiu, echipa a proiectat trei tipuri de baterii Li-S cu POM-uri de tip Keggin sau Dawson ca straturi intermediare. Ei observă că celulele cu H.₃[PW₁₂O₄₀]. xH₂o (PW₁₂) Stratul intermediar are o energie de legare LiPS mai mare și reprezintă o performanță mai bună a ciclului decât K₆[P₂W₁₈O₆₂].14H₂o (pag₂W₁₈Stratul intermediar. Capacitatea de adsorbție a (NH₄)₆[P₂Mo₁₈O₆₂].11H₂o (pag₂lună₁₈) spre LiPS mai mare decât P₂W₁₈. Celulele care conțin P.₂lună₁₈ Unde stratul intermediar a avut performanțe electrochimice mai bune. PW₁₂ Funcția catalitică prezentată pe LiPS, promovând astfel Li₂Conversie S/LiPS.

rezultatele cercetării

Imagini cu microscopie electronică de scanare (SEM) ale PW₁₂ Particulele dezvăluie suprafața regulată a acestui strat intermediar fără nicio aglomerare, indicând faptul că PW₁₂ Are suficientă dispersie pe separator. Stratul intermediar nu a prezentat fisuri vizibile în timpul procesului de pliere, ceea ce indică rezistența și flexibilitatea sa structurală, iar grosimea stratului intermediar a fost de 5 μm.

Maparea inițială a PW₁₂ Stratul intermediar a arătat o distribuție uniformă a elementelor de fosfor (P), W, O și carbon (C) și spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR) a PW nu.₁₂ S-au arătat vârfurile de absorbție P–O_AW – O_c-W, W = x_DrW – O_Dr-W la 1081,8, 983,5. 889,0 și, respectiv, 804,1 centimetri inversați.

Spectroscopia de electroni cu raze X (XPS) a dezvăluit legătura chimică și compoziția elementară a materialului PW preparat₁₂ strat intermediar. Poziția de vârf de 134,6 eV în spectrele XPS corespunde energiei de legare a P2p. În plus, vârfurile la 36,2 și 38,3 eV au fost atribuite lui W 4f_7/2 și W 4f_5/2respectiv, și cele de la 532,6 și 531,3 eV în spectrele O 1s corespund tipurilor de O adsorbite la suprafață ale structurii Keggin.

Picurarea electroliților pe polipropilenă (PP) și separator PW₁₂ Stratul intermediar a ajutat testele unghiului de contact, iar rezultatele au arătat că unghiul de contact al PW₁₂ A fost mai puțin decât terminatorul PP. Acest test a confirmat că golurile bogate ale PW₁₂ Stratul intermediar crește umecbilitatea electrolitului, facilitând mișcarea ionului de litiu.

Apoi, evaluarea performanței electrochimice a bateriilor Li-S care conțin POM-uri interstrat și un catod de oxid de zinc C(ZnO)/S a arătat că PW₁₂ Stratul intermediar a avut cea mai mare capacitate de 1607,8 mA/g și cel mai scăzut potențial de polarizare (ΔE) de 165,9 mV decât P₂W₁₈ și p₂lună₁₈. Aceste rezultate experimentale au indicat activitatea catalitică îmbunătățită și cinetica de reacție rapidă a PW₁₂.

Curbele voltmetrului toroidal pentru PW₁₂– Celula care conține voltmetrul ciclic de 0,1 mV a prezentat două vârfuri de reducere la 2,28 și 2,05 V, indicând o scădere de S la Li₂s_X (4 ≤ x ≤ 8), urmată de conversia în stare solidă Li₂s₂/ A mea₂electric. În plus, vârful la 2,39 eV indică oxidarea Li₂s₂/ A mea₂de la S la Li₂s_X si S.

concluzie

Pe scurt, cercetătorii au proiectat PW₁₂s₂W₁₈și p₂lună₁₈ Straturi intermediare care conțin baterii Li-S și PW₁₂ A prezentat reacții chimice puternice, activitate catalitică eficientă a LiPS-urilor și potențial de oxidare scăzut, oferind cea mai bună performanță electrochimică. În plus, PW₁₂ Are o capacitate reversibilă impresionantă de 1032,7 mAh pe gram după 100 de cicluri.

Capacitatea de adsorbție a lui P.₂lună₁₈ la LiPS-uri mai mari decât P.₂W₁₈. Cu toate acestea, celula cu P.₂W₁₈ Stratul intermediar a prezentat performanțe electrochimice superioare. Această lucrare a demonstrat eficiența POM-urilor ca materiale de interfață pentru bateriile Li-S.

referinţă

Song, J., Jiang, Y., Yizhong Lu, Wang, M., Linlin Fan, Y. C., Liu, H. și Gao, G. (2022). Adsorbție și cataliză eficiente a polisulfurilor prin contribuția cu polioxometalați în bateriile Li-S de înaltă performanță. Nanomaterialele de astăzi. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842022000591

Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului exprimate în calitate personală și nu reprezintă neapărat opiniile AZoM.com Limited T/A AZoNetwork este proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare a răspunderii face parte din termenii și condițiile de utilizare a acestui site web.